CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS

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1 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS A figura acima ilustra, de forma simplificada, uma gangorra construída com uma tábua homogênea de massa 10 kg e comprimento igual a 3,0 m, apoiada no centro por uma cunha fixa no chão. Tendo como referência as informações apresentadas acima, julgue os itens a seguir. 51 Se um bloco de ferro de massa 40,0 kg for colocado na extremidade esquerda da tábua e um bloco de chumbo de 30,0 kg for colocado na extremidade direita da tábua, então, para que o sistema fique em equilíbrio, é necessário que a cunha seja colocada a uma distância maior que 1,5 m do bloco de ferro. 52 Se um corpo de 5,0 kg for colocado a uma distância de 140 cm à esquerda da cunha, então o sistema ficará em equilíbrio ao ser colocado um corpo de 7,0 kg a uma distância de 100 cm à direita da cunha. 53 É impossível que a gangorra fique em equilíbrio, se um menino de 30,0 kg se sentar sobre a tábua, à esquerda da cunha, e um homem de massa igual a 70,0 kg se sentar sobre a tábua, à direita da cunha. De acordo com o princípio de Arquimedes, o valor do empuxo que atua em um corpo mergulhado em um líquido é igual ao peso do líquido deslocado pelo corpo. Considerando esse princípio e os vários conceitos de física na área de hidrostática, assumindo 1 g/cm 3 como a densidade da água e 10 m/s 2 como a aceleração da gravidade, julgue os itens que se seguem. 54 Considere que um bloco de 100 kg e densidade 5,0 g/cm 3, localizado no fundo de uma piscina cheia de água, deva ser deslocado verticalmente, dentro da piscina, de certa altura h. Nessa situação, é necessário aplicar uma força igual àquela aplicada para se levantar, de uma mesma altura h, um bloco idêntico, mas com massa de 20 kg, localizado no chão, fora da piscina. 55 Um bloco de gelo, com densidade 0,92 g/cm 3, que flutue em um lago, estará com 92% de seu volume abaixo da superfície da água. 56 Se um submarino está flutuando completamente submerso, então o valor da força peso será igual ao empuxo que atua sobre ele. 57 É correto afirmar que um pequeno submarino de toneladas de casco ocupará um volume inferior a m 3, quando em equilíbrio e totalmente submerso.

2 Um sistema massa-mola consiste de um corpo de massa m conectado a uma mola de constante elástica k. A força que a mola exerce sobre o corpo é F =!kδx, em que Δx é o deslocamento do corpo em relação à posição de equilíbrio e a energia potencial é E pot = ka(δx) 2 /2. A figura acima ilustra uma mola em duas situações diferentes: na posição A, a mola está livre; na posição B, ela está distendida de 2,5 cm, sob a ação de um bloco de massa 0,5 kg. Considerando essas informações e assumindo como 10 m/s 2 o valor da aceleração da gravidade, julgue os itens subsecutivos. 58 Para a mola ilustrada na figura, k = 2,0 N/m. 59 Se o bloco de massa m for puxado mais 4,0 cm para baixo e solto a partir do repouso nessa posição, ele irá oscilar em torno da posição A. 60 Se o bloco de massa m for puxado mais 4,0 cm para baixo e solto a partir do repouso nessa posição, a velocidade máxima que ele alcançará, ao passar pelo ponto de equilíbrio, será maior que 0,6 m/s. 61 O sinal negativo na expressão da força que atua em uma mola ao ser distendida indica que a força é restauradora. O som é uma onda mecânica que se propaga em um meio material. O violão é um instrumento de corda que exemplifica, de maneira bem clara, o comportamento das ondas mecânicas que se propagam em um meio material. Existem várias possibilidades de produção de ondas estacionárias em uma corda esticada e tensionada. Como exemplo, considere um violão de seis cordas cujo comprimento de cada corda, esticada, seja 64,0 cm. A 5.ª corda de baixo para cima corresponde à nota Lá, com frequência de vibração igual a 110 Hz. Com base nessas informações, julgue os próximos itens, que tratam do assunto abordado. 62 Se outro instrumento musical tocar a nota Lá, em 110 Hz, em conjunto com a 5.ª corda, ocorrerá o fenômeno conhecido como ressonância. 63 A velocidade de propagação da onda na 5.ª corda é superior a 140,0 m/s. 64 Se a tensão da corda aumentar, a frequência natural de oscilação irá diminuir, ou seja, o som ouvido será mais grave. 65 Ao se diminuir o comprimento de uma corda pela metade, pressionando-a com o dedo, a frequência natural de oscilação passa a ser o dobro da frequência natural de oscilação da corda solta.

3 Julgue os itens subsequentes, a respeito da variação do tamanho ou volume de um material em consequência de mudança da temperatura. 66 Independentemente do estado físico, o coeficiente de expansão de um material é sempre o mesmo. 67 Se uma barra metálica estreita, à temperatura de 20 ºC, tem um tamanho de 200,0 cm e, a 26 ºC, tem tamanho de 200,4 cm, quando estiver sob temperatura de 23 ºC, terá um tamanho de 200,1 cm. No estudo do comportamento dos gases, há uma conhecida equação de estado de um gás ideal, expressa pela relação PV = nrt, em que P é a pressão do gás, V é o volume ocupado pelo gás, n é o número de mols do gás, T é a temperatura absoluta do gás, medida em Kelvin (K); e R, com valor igual a 0,082 atm@l/(mol@k), é a constante universal dos gases. Tendo como referência as informações acima, e sabendo que zero Kelvin corresponde a!273,15 ºC, julgue os itens a seguir. 68 Se 2 mols de um gás rarefeito, que se comporta como um gás ideal, ocupa um espaço de 30 litros e está sob uma pressão de 2,0 atm, então a sua temperatura é superior a 100 ºC. 69 Em uma transformação isocórica sem perda, se a pressão e a temperatura iniciais de um gás forem, respectivamente, de 2,0 atm e 300 K, então a pressão e a temperatura finais podem ser de 3,0 atm e 450 K. 70 A pressão de um gás ideal, confinado em um recipiente fechado, dobrará se a temperatura passar de 100 ºC para 200 ºC. 71 Em uma expansão isotérmica em que não há perda de gás, a pressão aumenta. Quando varia a quantidade de calor cedida a um corpo, a sua temperatura aumenta gradativamente, desde que esteja em uma mesma fase física da matéria. No processo de mudança de fase, a temperatura permanece constante, e o calor cedido é utilizado para a mudança de fase. O gráfico a seguir representa a curva de aquecimento de determinado material, em que os intervalos A, B, C, D e E destacam as diversas fases e os processos de transformação. A partir das informações apresentadas acima e considerando que as quantidades das grandezas sejam proporcionais à representação no gráfico, julgue os itens subsecutivos. 72 No gráfico, T 1 e T 2 representam, respectivamente, as temperaturas de fusão e de vaporização, sendo Q 2! Q 1 a quantidade de calor necessária para a fusão e Q 4! Q 3 a quantidade de calor necessária para a vaporização. 73 Para a situação do gráfico, o calor específico tem o mesmo valor nas diversas fases. 74 O calor latente de fusão é maior que o calor latente de vaporização. 75 Os intervalos A, C e E do gráfico ilustram, respectivamente, as fases sólida, líquida e gasosa.

4 Texto e figura para os itens de 76 a Se uma massa de ar igual a m ar sair de cada orifício em certo intervalo de tempo Δt, com taxa de m ar /Δt, então, considerando elástico o choque das moléculas de ar com o carro, o peso aparente do carrinho será menor. 83 No sistema apresentado, o centro de massa se localiza sobre um segmento de reta que une o centro de massa do carrinho ao centro de massa da esfera. A figura acima ilustra um trilho de ar comprimido, constituído de duas placas de alumínio encaixadas de modo a formar uma estrutura de seção reta triangular. No interior da estrutura, passa uma corrente de ar comprimido que sai por 100 orifícios, de raios iguais a 0,001 m, localizados nos dois lados das placas que formam o trilho. O ar entra na estrutura, a partir de uma abertura circular de raio 1 cm, a uma velocidade igual a 1 m/s. Um carrinho de massa M, que pode deslizar sobre os trilhos, está preso a uma pequena esfera de massa m, por meio de um fio rígido e inextensível de massa desprezível e que passa por uma roldana de massa também desprezível. O trilho está inclinado de um ângulo θ em relação à horizontal. O coeficiente de atrito cinético do carro com as placas metálicas do trilho é igual a μ b, na ausência de ar comprimido, e igual a μ a, após a inserção de ar comprimido na estrutura. Com base nessas informações, julgue os itens de 76 a Nessa situação, μ a > μ b. 77 Com o ar comprimido presente, o carrinho ficará em equilíbrio estável se senθ + μ a cosθ = m/m. 78 O diagrama completo de forças que atuam sobre o carro e sobre a esfera de massa m está ilustrado de forma correta na figura abaixo, em que N é a força normal, F at a força de atrito, T a tensão na corda e P o peso do carrinho. 79 A variação de temperatura (ΔT) que o carrinho irá experimentar no processo de subida por uma distância D, paralela à superfície do plano, será ΔT = M g μ a cosθ/c a, em que c a é o calor específico do carrinho, e g, a aceleração da gravidade. 80 Supondo que o ar comprimido está em regime de escoamento estacionário, a velocidade com que o ar sai por cada orifício será igual a 0,001 m/s. 81 Se o carrinho deslizar para cima, no plano inclinado, por uma distância D paralela à superfície do plano, então o trabalho realizado pela força de atrito (F at ) terá módulo igual a F at D cosθ. 84 Se a esfera de massa m oscilar em movimento harmônico simples com frequência ω, então o carrinho também irá oscilar em movimento harmônico simples com frequência ω. Considere que, no arranjo apresentado anteriormente, a massa da pequena esfera seja suficiente para puxar o carrinho para cima, ao longo da superfície do plano inclinado, com uma força de 0,3 N. Considere, ainda, que a massa do carrinho seja de 15 g, que o plano tenha altura de 40 cm e inclinação igual a 30, e que a roldana não atrapalhe o movimento do carro ao chegar ao vértice superior do trilho. Tendo como referência essas informações, julgue os itens que se seguem, sabendo que sen (30 ) = 0,5 e assumindo que a aceleração da gravidade local seja 10 m/s Desconsiderando o atrito entre o plano e o carrinho, se o carrinho parar no topo do trilho e a corda se romper, ele atingirá o solo com velocidade inferior a 3 m/s. 86 Na ausência de atrito com os trilhos, se o carrinho se chocasse com uma mola na parte superior do trilho, ele voltaria no sentido oposto, impelido pela mola, mas não chegaria ao mesmo ponto de onde partiu, devido à presença da força para cima introduzida pela presença da esfera. 87 Considere que o carrinho se choque com uma mola, de constante de mola igual a K, na parte superior do trilho e a comprima por uma distância X. Suponha também que a força de atrito entre carrinho e trilho tenha sido suficiente para gastar toda a energia cinética que o carrinho possuía imediatamente antes do choque. Nessa situação, se K X = m g, então o carrinho ficará parado, preso à mola, que estará comprimida por uma distância X. 88 Desprezando-se o atrito e considerando-se que a esfera tenha massa igual a 5 g, é correto afirmar que, caso a corda se rompa quando o carrinho estiver no topo do plano, a esfera atingirá o solo com energia superior a 20 10!3 J. 89 Se a velocidade inicial do carrinho é igual a zero, então, ao subir o plano, o carrinho atingirá uma velocidade menor que 5 m/s no vértice superior do trilho. 90 Considerando a existência de atrito entre o carrinho e a pista, a energia potencial do carrinho na metade do percurso sobre o plano será igual à metade da energia potencial que ele teria ao alcançar o vértice do plano.

5 A figura acima ilustra a situação em que, sobre uma mesa suspensa, movimenta-se, em movimento circular uniforme, sem atrito, uma esfera de massa M, com velocidade tangencial v, presa a outra esfera de massa m, por uma corda de tamanho R + L. A parte da corda que está sobre a mesa tem comprimento R e a parte da corda embaixo da mesa tem comprimento L. A corda é inextensível. A partir das informações acima, julgue os itens que se seguem, considerando a mesa de espessura desprezível. 91 Considere que o sistema esteja, inicialmente, fora de equilíbrio, tal que L tenda a aumentar. Nessa situação, a velocidade com que o sistema irá descer aumentará caso a massa m seja posta a girar em torno do eixo que passa pela corda L. 92 Se o sistema está em equilíbrio, então M v 2 /R = m g, em que g é a aceleração da gravidade. 93 Considere que o sistema não esteja, inicialmente, em equilíbrio e que a massa m tenda a descer. Nesse caso, se a velocidade inicial da massa m for zero, então o tempo que o sistema levará para entrar em equilíbrio dependerá do comprimento da corda sobre a mesa. 94 Se o sistema não estiver em equilíbrio, de tal forma que a massa m tenda a descer (L aumenta), então a velocidade v tangencial irá aumentar à medida que a massa m descer. 95 Se o sistema estiver, inicialmente, fora do equilíbrio, então, quando o ponto de equilíbrio for atingido, a massa m passará a realizar um movimento oscilatório em torno desse ponto, devido aos efeitos de inércia. 96 Se o sistema não estiver inicialmente em equilíbrio, ele não conservará a energia cinética total. 97 Se o sistema não estiver inicialmente em equilíbrio, haverá uma aceleração radial.

6 A figura acima ilustra um arranjo utilizado para demolição de parede. Nesse arranjo, uma esfera de massa M, considerada idealmente como uma partícula, encontra-se pendurada por um cabo de aço inextensível de comprimento L preso a uma argola sem atrito. O cabo L faz um ângulo θ com relação a direção vertical e a massa M se encontra, inicialmente, à distância D do anteparo A (parede). Considerando essa situação, julgue os itens que se seguem. 98 Considere que, ao se chocar com o anteparo A, a partícula de massa M fique em repouso, e posicionada na mesma altura que estava ao ser liberada. Nesse caso, o trabalho realizado pelas forças dissipativas que atuam entre o anteparo e a partícula será igual a M v 2 /2, em que v é o módulo da velocidade imediatamente antes do choque. 99 Para não haver choque com a parede, D = L cosθ. 100 Se a partícula M se chocar elasticamente, com uma velocidade r vetorial v, com o anteparo A, rigidamente preso à Terra, e o anteparo não se romper, então a partícula M irá, logo após o choque, reverter seu movimento com a velocidade na direção horizontal igual a!v. No cotidiano, há a ocorrência de diversos fenômenos térmicos, os quais estão associados aos conceitos de calor, temperatura, energia, entre outros. Com relação aos princípios relacionados à termodinâmica e suas aplicações, julgue os itens a seguir. 101 De acordo com a 1.ª lei da termodinâmica, o calor fornecido a um sistema é utilizado para aumentar a energia interna do sistema e realizar trabalho. 102 Considere que o diagrama abaixo ilustre a transformação sofrida por 1 mol de gás ideal. Nesse caso, é correto afirmar que o trabalho realizado por esse gás, no trecho BCD, é igual a J. 103 Em um sistema que opera conforme o ciclo de Carnot, a parcela máxima de energia que pode ser convertida em trabalho útil depende unicamente da diferença de temperatura dos reservatórios térmicos a que o sistema esteja ligado. 104 As máquinas térmicas, ao transformarem energia mecânica em energia térmica, realizam trabalho a partir de trocas de calor. 105 Nas máquinas térmicas, quanto menor for a taxa de conversão do calor recebido em trabalho, maior será o rendimento da máquina.

7 Acerca de princípios relacionados a eletrostática e a eletrodinâmica, julgue os itens subsequentes. 106 A potência elétrica de um aparelho em um circuito é tanto maior quanto maior for a corrente elétrica que circule por ele e tanto maior quanto menor for a tensão à qual ele esteja submetido. 107 Considere que a figura I a seguir ilustre duas esferas, A e B, ambas de raio igual a R, condutoras idênticas. Considere, ainda, que a esfera A esteja inicialmente carregada com uma carga igual a 20 C e que a esfera B esteja completamente descarregada. Nessa situação hipotética, ao se ligar essas esferas por meio de um fio condutor, conforme ilustrado na figura II, é correto afirmar que, ao atingirem o equilíbrio eletrostático, as esferas ficarão carregadas, cada uma com carga igual a 10 C. 108 Em uma associação de resistores em série, a tensão elétrica é dividida entre os elementos resistivos associados. 109 Em uma associação de resistores em paralelo, a tensão fornecida aos elementos resistivos associados é inversamente proporcional à corrente que os atravessa. 110 O conceito de capacitância refere-se à capacidade eletrostática dos capacitores, ou seja, à capacidade de armazenamento de cargas elétricas e, consequentemente, de energia. 111 Nos capacitores, a energia é armazenada em seus campos elétricos. 112 Em um circuito elétrico de corrente contínua, embora o fluxo de cargas ocorra em um único sentido, há alternância de polaridade da fonte de voltagem. 113 Considere o circuito mostrado na figura abaixo, constituído de uma bateria ideal de 12 V, dois resistores ideais em que R 1 = 2 Ω e R 2 = 3 Ω e uma chave liga-desliga S. Nesse circuito, é correto afirmar que, quando a chave S estiver fechada, as correntes que fluem nos resistores R 1 e R 2 serão, respectivamente, iguais a 6 A e 2 A. 115 O chuveiro e o ferro elétricos são considerados aparelhos resistivos, uma vez que o seu adequado funcionamento depende do uso de resistores. 116 Chuveiros elétricos que funcionam em sua potência máxima transformam a energia elétrica em energia térmica mais lentamente do que quando funcionam em potência mínima. Os instrumentos de medida, analógicos e digitais, quando bem utilizados, são importantes para a obtenção de dados em várias situações, sobretudo no campo industrial, no ensino e na pesquisa científica. Com relação a esses instrumentos, julgue os próximos itens. 117 Em um multímetro, seja ele analógico ou digital, ao se selecionar a função voltímetro para medir a tensão aplicada aos terminais de um resistor, deve-se inserir esse voltímetro em série com o resistor. 118 A precisão da medida realizada por meio de um paquímetro é obtida ao se dividir por 2 a menor medida registrada na escala principal do aparelho. 119 A resolução de uma medida realizada por meio de um micrômetro corresponde ao menor deslocamento do seu fuso. 120 Com um transdutor adequado, é possível utilizar um osciloscópio para se visualizar graficamente sinais elétricos criados a partir de estímulos térmicos. Alguns aparelhos elétricos consomem mais energia elétrica que outros. Por exemplo, chuveiros e ferros elétricos são considerados os grandes vilões do consumo residencial ao transformarem energia elétrica em energia térmica, por efeito joule. Com relação a conceitos e processos físicos envolvidos no funcionamento de aparelhos domésticos, julgue os itens de 114 a O chamado efeito joule surge com a passagem de corrente elétrica por um condutor que, ao exercer resistência a essa passagem, se aquece, emitindo radiação térmica na forma de calor.